專利名稱：工件研磨用頭及具備此研磨頭的研磨裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在研磨工件的表面時(shí)，用以保持工件的研磨頭、以及具備此研磨頭的研磨裝置，特別涉及將工件保持于橡膠膜上的研磨頭及具備此研磨頭的研磨裝置。
背景技術(shù)：
隨著近年的半導(dǎo)體元件的高集積化，用于此處的半導(dǎo)體硅晶片的平面度的要求，日益嚴(yán)格。并且，為了提高半導(dǎo)體晶片的產(chǎn)率，也要求晶片的至邊緣附近的區(qū)域?yàn)橹沟钠教?性。硅晶片的最終形狀，是取決于最終制程也就是鏡面研磨加工。特別是對于直徑300mm硅晶片而言，為了滿足嚴(yán)格的平坦度的規(guī)格，先以雙面研磨進(jìn)行一次研磨，之后，為了 改善表面的傷痕和面粗度等，進(jìn)行單面的表面二次研磨與精加工研磨。單面的表面二次研 磨與精加工研磨中，被要求維持在雙面一次研磨中所做成的平坦度、以及將表面?zhèn)染庸?成無傷痕等的缺陷的完全鏡面。一般的單面研磨裝置，例如圖8所示，其是由已貼附研磨布82的磨盤83、研磨劑供給機(jī)構(gòu)84、以及研磨頭85等所構(gòu)成。如此的研磨裝置81中，以研磨頭85保持工件W，從研 磨劑供給機(jī)構(gòu)84向研磨布82上供給研磨劑86，且分別旋轉(zhuǎn)磨盤83與研磨頭85，來使工件 W的表面與研磨布82作滑動接觸，以此來進(jìn)行研磨。將工件保持于研磨頭的方法，例如有隔著蠟等的接著劑將工件貼附在平坦的圓盤狀板上的方法等。其它，如圖9所示，還有以抑制研磨頭本體91與工件保持盤92的凹凸形 狀的轉(zhuǎn)印為目的，于工件保持盤92，黏貼被稱為襯墊膜93的彈性膜的保持方法；或是，將橡 膠膜作為工件保持部，于該橡膠膜的背面，流入空氣等的加壓流體，以均勻的壓力使橡膠膜 膨脹，將工件按壓在研磨布上，亦即所謂的橡膠夾頭方式(例如參照日本特開2002-264005 號)等。又，以抑制外周部分塌邊，提高平坦性為目的，也有提出一種研磨頭，其配置有定位 環(huán)，作為用以將研磨布按壓在工件的外側(cè)配置的手段。先前的橡膠夾頭方式的研磨頭的構(gòu)成的一例，概略地表示于圖10a。為了密封于其 底面設(shè)有凹部的圓盤狀中板102a的凹部，而貼上橡膠膜(橡膠材料)104a,并經(jīng)由第一壓力 調(diào)整機(jī)構(gòu)105a，供給流體至第一密閉空間部103a內(nèi)，而成為可按壓晶片W的構(gòu)造，亦即成為 橡膠夾頭構(gòu)造。進(jìn)而，中板102a，隔著彈性膜106a連接于研磨頭本體101a，經(jīng)由第二壓力 調(diào)整機(jī)構(gòu)108a，供給流體至以彈性膜106a密閉的第二密閉空間部107a內(nèi)，而成為可加壓 中板102a的構(gòu)造。以于研磨加工中保持晶片為目的，圓環(huán)狀的導(dǎo)環(huán)109a連接于研磨頭本 體101a，而成為被配置于晶片W的外側(cè)的構(gòu)造。又，也有如圖IOb般地未具有中板102b的 加壓機(jī)構(gòu)，而僅以橡膠膜104b來進(jìn)行加壓的方式的構(gòu)造。進(jìn)而，以抑制外周部的塌邊為目 的，也提出一種研磨頭，如圖IOc般地配置有用以按壓研磨布的定位環(huán)，來取代導(dǎo)環(huán)。定位 環(huán)109c，成為一種經(jīng)由第三壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)112c，供給流體至以彈性膜IlOc密閉的第三密閉 空間部Illc內(nèi)來按壓研磨布的構(gòu)造。如圖10a、圖IOb的構(gòu)造般地在中板的凹部開口端部，伸張地設(shè)置橡膠膜的構(gòu)造的情況，于開口端部附近，因張力的影響，橡膠膜的剛性會有效地變高，施加于工件的外周部分的壓力也會變高，而有發(fā)生外周塌邊的問題。又，也有如圖IOd般地，提出一種將橡膠膜 的支持部P(開口端部)的位置，相對于工件上升，降低外周部分的壓力，來抑制外周塌邊的 手段(例如參照日本專利公開公報(bào)特開2002-264005號)。然而，若想要改善晶片的外周塌 邊，相反地，將會成為晶片外周翹起的形狀，而會發(fā)生均勻性惡化；或是因橡膠膜伸張地 設(shè)置時(shí)的張力不均的影響，形狀不安定等的問題。也有如圖IOc般地，提出一種在工件的外 側(cè)配置定位環(huán)，直接按壓研磨布，來抑制外周塌邊的手段，但是也會發(fā)生因定位材料也會 被研磨，由于從該處來的發(fā)塵等的影響，造成在工件表面發(fā)生傷痕；或是因按壓而造成研磨 劑未充分供給至工件表面上，而引起研磨速度的降低等的問題。

發(fā)明內(nèi)容
隨著近年的半導(dǎo)體元件的高集積化，用于此處的半導(dǎo)體硅晶片的平面度的要求日 益嚴(yán)格。并且，為了提高半導(dǎo)體晶片的產(chǎn)率，也要求晶片的至邊緣附近的區(qū)域?yàn)橹沟钠教?性。硅晶片的最終形狀是取決于最終制程也就是鏡面研磨加工。特別是對于直徑 300mm硅晶片而言，為了滿足嚴(yán)格的平坦度的規(guī)格，先以雙面研磨進(jìn)行一次研磨，之后，為了 改善表面的傷痕和面粗度等，進(jìn)行單面的表面二次研磨與精加工研磨。單面的表面二次研 磨與精加工研磨中，被要求維持在雙面一次研磨中所做成的平坦度、以及將表面?zhèn)染庸?成無傷痕等的缺陷的完全鏡面。一般的單面研磨裝置，例如圖8所示，是由已貼附研磨布82的磨盤83、研磨劑供 給機(jī)構(gòu)84、以及研磨頭85等所構(gòu)成。如此的研磨裝置81中，以研磨頭85保持工件W，從研 磨劑供給機(jī)構(gòu)84向研磨布82上供給研磨劑86，且分別旋轉(zhuǎn)磨盤83與研磨頭85，來使工件 W的表面與研磨布82作滑動接觸，以此來進(jìn)行研磨。將工件保持于研磨頭的方法，例如有隔著蠟等的接著劑將工件貼附在平坦的圓盤 狀板上的方法等。其它，如圖9所示，還有以抑制研磨頭本體91與工件保持盤92的凹凸形 狀的轉(zhuǎn)印為目的，于工件保持盤92，黏貼被稱為襯墊膜93的彈性膜的保持方法；或是，將橡 膠膜作為工件保持部，于該橡膠膜的背面，流入空氣等的加壓流體，以均勻的壓力使橡膠膜 膨脹，將工件按壓在研磨布上，亦即所謂的橡膠夾頭方式(例如參照日本特開2002-264005 號)等。并且，以抑制外周部分塌邊，提高平坦性為目的，也有提出一種研磨頭，其配置有定 位環(huán)，作為用以將研磨布按壓在工件的外側(cè)配置的手段。先前的橡膠夾頭方式的研磨頭的構(gòu)成的一例，概略地表示于圖10a。為了密封于其 底面設(shè)有凹部的圓盤狀中板102a的凹部，而貼上橡膠膜(橡膠材料)104a,并經(jīng)由第一壓力 調(diào)整機(jī)構(gòu)105a，供給流體至第一密閉空間部103a內(nèi)，而成為可按壓晶片W的構(gòu)造，亦即成為 橡膠夾頭構(gòu)造。進(jìn)而，中板102a隔著彈性膜106a連接于研磨頭本體101a，經(jīng)由第二壓力調(diào) 整機(jī)構(gòu)108a，供給流體至以彈性膜106a密閉的第二密閉空間部107a內(nèi)，而成為可加壓中 板102a的構(gòu)造。以于研磨加工中保持晶片為目的，圓環(huán)狀的導(dǎo)環(huán)109a連接于研磨頭本體 101a，而成為被配置于晶片W的外側(cè)的構(gòu)造。另外，也有如圖IOb般地未具有中板102b的 加壓機(jī)構(gòu)，而僅以橡膠膜104b來進(jìn)行加壓的方式的構(gòu)造。進(jìn)而，以抑制外周部的塌邊為目 的，也提出一種研磨頭，如圖IOc般地配置有用以按壓研磨布的定位環(huán)，來取代導(dǎo)環(huán)。定位環(huán)109c，成為一種經(jīng)由第三壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)112c，供給流體至以彈性膜IlOc密閉的第三密閉 空間部Illc內(nèi)來按壓研磨布的構(gòu)造。如圖10a、圖IOb的構(gòu)造般地在中板的凹部開口端部，伸張地設(shè)置橡膠膜的構(gòu)造的 情況，于開口端部附近，因張力的影響，橡膠膜的剛性會有效地變高，施加于工件的外周部 分的壓力也會變高，而有發(fā)生外周塌邊的問題。又，也有如圖IOd般地，提出一種將橡膠膜 的支持部P(開口端部)的位置，相對于工件上升，降低外周部分的壓力，來抑制外周塌邊的 手段(例如參照日本專利公開公報(bào)特開2002-264005號)。然而，若想要改善晶片的外周塌 邊，相反地，將會成為晶片外周翹起的形狀，而會發(fā)生均勻性惡化；或是因橡膠膜伸張地 設(shè)置時(shí)的張力不均的影響，形狀不安定等的問題。也有如圖IOc般地，提出一種在工件的外 側(cè)配置定位環(huán)，直接按壓研磨布，來抑制外周 塌邊的手段，但是也會發(fā)生因定位材料也會 被研磨，由于從該處來的發(fā)塵等的影響，造成在工件表面發(fā)生傷痕；或是因按壓而造成研磨 劑未充分供給至工件表面上，而引起研磨速度的降低等的問題。


圖1是表示本發(fā)明的研磨頭的第一形式的概略剖面圖。圖2是表示本發(fā)明的研磨頭的第二形式的概略剖面圖。圖3是表示本發(fā)明的研磨頭中的工件與橡膠膜的位置關(guān)系的概略圖。圖4是表示本發(fā)明的研磨頭的第三形式的概略剖面圖。圖5是表示具備本發(fā)明的研磨頭的研磨裝置的一例的概略構(gòu)成圖。圖6是表示在實(shí)施例中研磨后的工件的研磨量分布的圖表。圖7是表示在實(shí)施例、比較例1、比較例2-1、比較例2-2中研磨后的工件的研磨量 分布的圖表。圖8是表示單面研磨裝置的一例的概略剖面圖。圖9是表示先前的研磨頭的一例的概略剖面圖。圖IOa是表示先前的研磨頭的一例的概略剖面圖。圖IOb是表示先前的研磨頭的另一例的概略剖面圖。圖IOc是表示先前的研磨頭的另一例的概略剖面圖。圖IOd是表示先前的研磨頭的另一例的概略剖面圖。
具體實(shí)施例方式以下，對于本發(fā)明更具體地說明。如上所述，特別是半導(dǎo)體硅晶片的工件的情況時(shí)，表面的平坦性與無傷痕、缺陷等 的表面的完全性，被要求更高的水平。橡膠夾頭方式的研磨頭的情況時(shí)，與先前的接著于陶 瓷板等的上來進(jìn)行研磨的方式的研磨頭相較，雖然可進(jìn)行更高平坦性的加工，但特別是在 工件的外周部分，會有發(fā)生外周塌邊等的問題。并且，以改善如此的外周塌邊的為目的，雖 然有提出一種先將定位環(huán)配置在工件的保持面的外側(cè)，于工件研磨加工中，按壓工件的外 側(cè)部分的研磨布來抑制外周塌邊的方式的研磨頭，但是，因來自定位環(huán)的異物等的影響，也 會發(fā)生在工件表面上發(fā)生傷痕；或是因以定位環(huán)按壓研磨布，研磨劑未充分供給至工件 表面，而引起研磨速度的降低等的問題。為了解決如此的問題，提供一種可高平坦性地加工工件的研磨頭與研磨裝置，本發(fā)明者進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與檢討。其中，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)以下的先前技術(shù)的問題點(diǎn)。先前的橡膠夾頭方式的研磨頭，如圖IOa般，于中板102a設(shè)有凹部，于該凹部開口端部伸張地設(shè)置橡膠膜104a，因此成為其橡膠膜支持端接近工件保持部的構(gòu)造；橡膠膜支 持端附近因張力的影響，其橡膠膜的剛性有效地變高，施于工件W的外周部分的壓力變高， 其結(jié)果，發(fā)生外周塌邊。又，如圖IOd般，也提出一種使橡膠膜的支持部P(開口端部)的位 置，相對于工件W上升，降低外周部的壓力，來抑制外周塌邊的方法。但是，已知因橡膠膜的 支持端的張力不均的影響，于工件的圓周方向形狀不穩(wěn)定。對此，本發(fā)明者進(jìn)行努力實(shí)驗(yàn)與檢討，發(fā)現(xiàn)將橡膠膜做成其上部在圓形上開口而 成的中空圓盤狀也就是罩狀的構(gòu)造，使橡膠膜的固定在中板上的位置成為遠(yuǎn)離工件保持部 側(cè)的位置，罩狀橡膠膜(以下稱為橡膠膜)的末端部做成0形環(huán)狀，并使中板與橡膠膜的接 觸面積減少至極限為止，而支持于中板，以此，可對于橡膠膜抑制多余的張力的發(fā)生，不用 提高工件外周部分的橡膠膜的剛性，便可對工件整體施加均勻的研磨荷重，而完成本發(fā)明。以下，一邊參照附圖，一邊具體地說明本發(fā)明的研磨頭以及研磨裝置，但本發(fā)明不 限定于此形態(tài)。圖1是表示本發(fā)明的研磨頭的第一形式。此研磨頭10，其末端部具備成為0形環(huán) 狀的罩狀的橡膠膜13(橡膠膜)。該橡膠膜13的末端部的0環(huán)部，被大約圓盤狀的中板12a 和12b所夾持，這些中板12a、12b具備為了保持該0環(huán)部而設(shè)置的圓環(huán)狀溝。橡膠膜13僅 以其末端部的0環(huán)等的夾入部，與中板接觸，該橡膠膜13的底面、側(cè)面是以未接觸中板12b 的狀態(tài)，被大約圓盤狀的中板12a、12b所夾持。又，已夾持橡膠膜13的大約圓盤狀的中板 12a、12b是被固定于凸緣狀構(gòu)造的研磨頭本體11。在研磨加工中用以保持工件W的邊緣的 圓環(huán)狀的導(dǎo)環(huán)19，沿著工件W的外周配置，該導(dǎo)環(huán)19是連接于研磨頭本體。通過第一壓力 調(diào)整機(jī)構(gòu)15供給流體至以橡膠膜13密閉的第一密閉空間部14內(nèi)，使該橡膠膜13膨脹，而 成為可施加荷重于工件W背面的構(gòu)造。又，以工件W的背面保護(hù)為目的，較佳是在橡膠膜13的工件保持部，貼上襯墊膜來 使用。如此，做成橡膠膜13的固定端部已配置于遠(yuǎn)離工件W的保持部的位置的構(gòu)造，且 使中板12a、12b與橡膠膜13的接觸面積減少至極限為止，藉此可抑制基于將該橡膠膜13 支持于中板12a、12b上而發(fā)生的多余的張力，因此，可對工件W整體施加均勻的荷重來研磨 工件W。以此，能夠作出一種研磨頭，與先前相較，可維持工件的整個(gè)面的高平坦性，且即 使是工件的外周部，也能抑制翹起、塌邊等的發(fā)生。進(jìn)而，因未使用定位環(huán)等，可防止來自定位材料等的發(fā)塵，能抑制在工件表面發(fā)生 損傷。而且，因研磨劑充分地供給至工件表面，可做成一種不會引起研磨速度降低的研磨 頭。圖2是表示本發(fā)明的研磨頭的第二形式。此研磨頭20是與圖1所示的研磨頭10 相異，其中板22a與22b未連接于研磨頭本體21，而連接于第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)26上，成為可 上下變化橡膠膜23的位置的構(gòu)造。而且，研磨頭本體21連接圓環(huán)狀的導(dǎo)環(huán)29，該導(dǎo)環(huán)29在研磨加工中用以保持工件W的邊緣；研磨頭本體21與第二高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)27連接，而成為能夠使導(dǎo)環(huán)29的高度方 向的位置作上下變化的構(gòu)造。導(dǎo)環(huán)29的位置能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，使研磨布與導(dǎo)環(huán)的間隙成為僅 是工件W的厚度的25 45%。如此，通過具備可與研磨頭本體分離獨(dú)立地調(diào)整中板的高度的機(jī)構(gòu)(第一高度調(diào) 整機(jī)構(gòu))，可改變固定于中板上的橡膠膜的高度，以此，可利用橡膠膜側(cè)面的剛性的影響，來 改變對于工件外周部分的壓力，進(jìn)而，配合工件的加工前形狀(翹起、塌邊形狀等)來改變 加工條件，可容易地將加工后的工件加工成更平坦化。又，利用附加用以調(diào)節(jié)研磨頭本體亦即導(dǎo)環(huán)的高度的機(jī)構(gòu)(第二高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu))，可將導(dǎo)環(huán)與研磨布的間隙保持一定，安定地保持工件，不會降低研磨速度、或是使工件的表 面質(zhì)量劣化，而能夠更容易地進(jìn)行工件的研磨加工。又，利用將研磨布與導(dǎo)環(huán)的間隙保持為工件的厚度的25 45%，可防止因?qū)Лh(huán)與 研磨布的間隙過小時(shí)所引起的研磨劑的供給不足而發(fā)生的研磨速度的降低；又，可防止發(fā) 生當(dāng)間隙過大時(shí)無法于研磨加工中保持工件。而且，如上所述，作為第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)與第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)，可采用滾珠螺桿。通過將滾珠螺桿采用于高度調(diào)整機(jī)構(gòu)中，更精密的調(diào)節(jié)變得容易，能以更高精度 的方式，安定地進(jìn)行研磨。圖3是表示改變橡膠膜33的位置時(shí)的工件W與橡膠膜33的狀態(tài)。(a)是表示橡 膠膜33的底面位置與工件W的背面位置相同的狀態(tài)(基準(zhǔn)位置)、(b)是表示使橡膠膜33 的位置較(a)下降的狀態(tài)、(c)是表示使橡膠膜33的位置較(a)上升的狀態(tài)。如圖3 (b)般 地將橡膠膜33的位置降下的情況，橡膠膜33的底面成為強(qiáng)力地按壓在工件W的背面上的 狀態(tài)，于是橡膠膜33的側(cè)面成為橫向膨脹的狀態(tài)。此時(shí)，因橡膠膜側(cè)面的剛性的影響，施于 工件W的外周部上的壓力變高，工件的外周部分成為塌邊形狀。又，如圖3(c)般地提高橡 膠膜33的位置的情況，由于該橡膠膜33的中心部份的膨脹變大，而橡膠膜33的外周部分 的膨脹變小，施于工件W的外周部上的壓力變小，工件的外周部分會成為翹起的形狀。如此，通過改變橡膠膜33的位置，可將工件W的外周部分的形狀控制成為平坦、塌 邊、翹起的任一形狀。因此，通過配合加工前的工件W的形狀(平坦、塌邊、翹起)，來調(diào)節(jié)橡 膠膜33的位置，將工件W的形狀修正為平坦變得容易。圖4是表示本發(fā)明的研磨頭的第三形式。此研磨頭40是不采用如圖2中所示的 機(jī)械性上下移動機(jī)構(gòu)的方法，來作為調(diào)節(jié)橡膠膜43的高度的手段的一例。以彈性膜47將 中板42a與研磨頭本體41連接，通過第二壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)48，調(diào)整以中板42a、彈性膜47與 研磨頭本體41所密閉的第二密閉空間部46的壓力，進(jìn)行減壓，使中板42a、42b與橡膠膜43 上升，并通過已安裝于研磨頭本體上的停止器50調(diào)節(jié)中板的高度，來調(diào)節(jié)橡膠膜43的位 置。若是此種方法，可利用更簡便的構(gòu)造來調(diào)整橡膠膜的高度。如此，具有前述橡膠膜的中板部分與研磨頭本體部，以彈性膜連接，并利用調(diào)整以 中板部分、研磨頭本體與彈性膜所密閉的第二密閉空間部內(nèi)的壓力，可使中板上升、下降； 又，可通過調(diào)整安裝于研磨頭本體上的停止器的高度，來調(diào)整中板的高度位置，以此，可利 用簡便的機(jī)構(gòu)來控制橡膠膜的高度。進(jìn)而，于停止器中采用壓電元件，并置入利用施加電壓來改變停止器的厚度的機(jī) 構(gòu)，可自動調(diào)節(jié)中板與橡膠膜的高度于任意位置。
又，若以壓電元件來形成停止器，停止器厚度做成可變時(shí)，能自動地調(diào)節(jié)橡膠膜于 任意高度，配合工件的研磨前的形狀，能將外周部的形狀，從塌邊至翹起，任意地進(jìn)行自動 調(diào)節(jié)，可容易地將工件加工成更平坦化。圖5是表示本發(fā)明的研磨裝置的一例。此研磨裝置51是由已貼附研磨布52的磨 盤53、供給研磨劑56的研磨劑供給機(jī)構(gòu)54、以及如圖2所示的本發(fā)明的研磨頭55等所構(gòu) 成。如此，若采用具備本發(fā)明的研磨頭的研磨裝置，來進(jìn)行工件的研磨，則能夠做成一 種研磨裝置，可對工件整體施以均勻的研磨荷重來研磨工件，于工件的整個(gè)面，特別是可于 外周部維持高平坦性地進(jìn)行研磨。進(jìn)而，在研磨布52的上方，可具備測距 感應(yīng)器57，其采用雷射等非接觸方式，來測 定研磨頭本體與研磨布的間的距離。利用此測距用的感應(yīng)器57，測定至研磨布52為止的距離(研磨布的厚度)與至 研磨頭本體55為止的距離，其結(jié)果是被傳送至第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)58與第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu) 59。對應(yīng)工件W的厚度與研磨布52的厚度，橡膠膜的位置可通過第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)58 而被調(diào)整至最適當(dāng)?shù)奈恢?。又，?dǎo)環(huán)的位置也可同時(shí)地經(jīng)由第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)59，通過上下 移動機(jī)構(gòu)而調(diào)整至最適當(dāng)?shù)奈恢?。如此，利用具備第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)可對應(yīng)以感應(yīng)器測定的從研磨頭本體 至研磨布為止的距離，來調(diào)節(jié)中板亦即橡膠膜的高度，便可配合工件的加工前形狀來進(jìn)行 修正形狀的研磨，其結(jié)果，可使研磨后的工件的表面平坦性更良好。進(jìn)而，利用具備第二高 度調(diào)整機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)可對應(yīng)以感應(yīng)器測定的從研磨頭本體至研磨布為止的距離，來調(diào)節(jié)研 磨頭本體的高度，便可將連接于研磨頭本體上的導(dǎo)環(huán)與研磨布之間的間隙保持一定、安定 地保持工件，且不會使研磨速度降低、或是使工件的表面質(zhì)量劣化地進(jìn)行工件的研磨加工。以下，表示實(shí)施例與比較例，更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限定于此實(shí)施例。(實(shí)施例)以螺栓連接如圖2所示的厚度3mm、外徑293mm的兩片中板，來夾持厚度1mm、底面 部的外徑301mm、高度6. 5mm的罩狀的橡膠膜，其末端部具有直徑289mm的0環(huán)形狀(直徑 2mm)。又，在橡膠膜的周圍，配設(shè)內(nèi)徑302mm的導(dǎo)環(huán)。采用一種使用滾珠螺桿的機(jī)構(gòu)來作為 橡膠膜的上下機(jī)構(gòu)、或是導(dǎo)環(huán)的上下機(jī)構(gòu)。采用一種具備如上所述的研磨頭的研磨裝置，如下所述地，進(jìn)行工件(直徑 300mm、厚度775 μ m的單晶硅晶片)的研磨。又，使用的單晶硅晶片，其雙面預(yù)先施以一次 研磨，其邊緣部也已施以研磨。又，磨盤是使用直徑800mm者，研磨布是使用通常使用者。研磨之際，使用研磨劑中含有硅酸膠(colloidal silica)的堿性溶液，研磨頭與 磨盤分別以31rpm、29rpm旋轉(zhuǎn)。工件W的研磨荷重(按壓力)是使利用橡膠膜密閉的第一 密閉空間部的壓力成為20kPa。研磨時(shí)間設(shè)為80秒。導(dǎo)環(huán)與研磨布的間隙調(diào)整為250 μ m， 橡膠膜的高度，以工件背面的高度作為基準(zhǔn)的0mm，將橡膠膜遠(yuǎn)離工件的方向定為負(fù)值，設(shè) 定-0. 25mm、-0. 15mm、0mm、+0. 05mm、+0. IOmm的五種條件，分別實(shí)施工件的表面研磨加工。對于如此地進(jìn)行研磨后的工件的面內(nèi)的研磨量的均勻性進(jìn)行評價(jià)。關(guān)于研磨量， 是以平坦度測試器對于面內(nèi)研磨前后的工件的厚度作為平坦度保證區(qū)域，測定除了最外周部2mm寬以外的區(qū)域，取得工件的研磨前后的厚度的差量而算出。此結(jié)果，所得的從中心算起的距離IOOmm 148mm為止的工件的研磨量分布，表示于圖6。圖6是表示在實(shí)施例中研磨后的工件的研磨量分布的圖表。在基準(zhǔn)高度Omm的條件下，至工件的外周部為止，會被研磨成平坦?fàn)?，為良好的結(jié)^ ο又，利用改變橡膠膜的位置，確認(rèn)了距工件的中心約140mm處的更外側(cè)部分的研 磨量變化。例如，按壓工件后的+0. 20mm的情況下，能夠使工件的外周部成為塌邊形狀。又， 縮小橡膠膜的外周部的膨脹后的-0. 25mm的情況下，能夠使工件的外周部成為翹起形狀。(比較例1)以一種研磨裝置，其具備如圖9所示的于周圍配設(shè)有導(dǎo)環(huán)的工件保持盤上，隔著 襯墊膜來保持工件的研磨頭，與實(shí)施例同樣地，實(shí)施工件W的表面研磨加工。但是，直接對 保持盤施加荷重，而對于工件W施加20kPa來作為單位荷重。(比較例2-1)以一種研磨裝置，其具備如圖IOb所示的其橡膠膜支持端接近工件保持部的研磨 頭，與實(shí)施例同樣地，實(shí)施工件的表面研磨加工。(比較例2-2)以具備如圖IOd所示的研磨頭的研磨裝置，與實(shí)施例同樣地，實(shí)施工件的表面研 磨加工。又，橡膠膜的支持點(diǎn)P，相對于比較例2-1的上升量為0. 2mm。將比較例1、比較例2-1、2-2的距工件的中心IOOmm 148mm為止的研磨量分布， 表示于圖7。又，為了進(jìn)行比較，以實(shí)施例的橡膠膜基準(zhǔn)高度0mm，研磨加工后的研磨量分 布，也并記于圖7。如上所述，采用實(shí)施例的研磨頭進(jìn)行研磨后的工件，是被研磨成至工件外周部為 止都是平坦的，為良好的結(jié)果。相對于此種情況，比較例1的情況，因保持盤的凹凸的影響，造成于工件的面內(nèi)的 研磨量有微小的不均，且外周部分的研磨量變多。又，比較例2-1的情況，橡膠膜支持于中板的凹部開口端部，其附近的彈性膜的剛 性有效地變高，施于工件的外周部分的壓力變高，工件的外周部分的研磨量極端地變大。而且，在比較例2-2中，因橡膠膜的支持點(diǎn)位置，相對于比較例2-1上升0. 2mm，稍 微地改善了最外周部分的塌邊情況，但是相反地，從120mm附近開始成為翹起的形狀，研磨 量均勻性成為惡化的結(jié)果。又，本發(fā)明并非被限定于上述實(shí)施形態(tài)者。上述實(shí)施形態(tài)僅為例示，凡是具有和本 發(fā)明權(quán)利要求所記載的技術(shù)思想實(shí)質(zhì)相同的構(gòu)成，可達(dá)到同樣的作用效果者，皆包含在本 發(fā)明的技術(shù)范圍中。例如，本發(fā)明的研磨頭不限定于圖1、圖2、圖3所示的形式，例如，研磨頭本體的形 狀等，除了關(guān)于權(quán)利要求所記載的要件以外，可適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)。又，研磨裝置的構(gòu)成也不限定于圖5所示者，例如，可為具備復(fù)數(shù)個(gè)本發(fā)明的研磨 頭的研磨裝置。
權(quán)利要求
一種研磨頭，是針對至少在研磨頭本體的下部，具備大約圓盤狀的中板；保持于該中板，至少覆蓋中板的底面部與側(cè)面部的橡膠膜；以及設(shè)于前述橡膠膜的周圍的圓環(huán)狀的導(dǎo)環(huán)；具有被前述中板與前述橡膠膜包圍而成的第一密閉空間部，并構(gòu)成以第一壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)來改變前述第一密閉空間部的壓力；并且，將工件的背面保持于前述橡膠膜的底面部，且使該工件的表面滑動接觸于已貼附在磨盤上的研磨布上來進(jìn)行研磨的形態(tài)的研磨頭，其特征在于前述橡膠膜，其被保持于前述中板上的末端部，形成O形環(huán)狀，前述中板是被形成分割為上下兩片；前述中板與前述橡膠膜，是在前述中板的至少底面部的整個(gè)面與側(cè)面部之間具有間隙，且利用前述橡膠膜的O形環(huán)狀的末端部被夾入前述分割的中板中，以保持前述橡膠膜于前述中板上。
2.如權(quán)利要求1所述的研磨頭，其中前述中板是與前述研磨頭本體分離，且具備第一 高度調(diào)整機(jī)構(gòu)，其獨(dú)立于前述研磨頭本體，用以調(diào)整該中板的高度方向的位置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的研磨頭，其中前述研磨頭本體是與前述中板分離，且具備第 二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)，其獨(dú)立于前述中板，用以調(diào)整該研磨頭本體的高度方向的位置；該第二高 度調(diào)整機(jī)構(gòu)是將前述研磨布與前述導(dǎo)環(huán)的間隙的距離，保持于前述工件厚度的25 45% 的寬度。
4.如權(quán)利要求2或3所述的研磨頭，其中前述第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)與前述第二高度調(diào)整 機(jī)構(gòu)是采用滾珠螺桿。
5.如權(quán)利要求2所述的研磨頭，其中具備連接前述中板與前述研磨頭本體的彈性膜、 以及安裝于前述研磨頭本體上的停止器，具有以前述中板、前述研磨頭本體及前述彈性膜所包圍而成的第二密閉空間部，構(gòu)成 利用第二壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)來改變前述第二密閉空間部的壓力；前述第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)是前述停止器。
6.如權(quán)利要求5所述的研磨頭，其中前述停止器是壓電元件。
7. 一種研磨裝置，是在研磨工件的表面時(shí)所使用的研磨裝置，其特征在于至少具備貼附于磨盤上的研磨布；用以將研磨劑供給至該研磨布上的研磨劑供給機(jī)構(gòu)；以及權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的研磨頭作為用以保持前述工件的研磨頭。
8.如權(quán)利要求7所述的研磨裝置，其中具備非接觸地檢測從前述研磨頭本體至前述 研磨布為止的距離的感應(yīng)器、前述第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)、以及前述第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)，前述第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)，是對應(yīng)利用前述感應(yīng)器所檢出的從前述研磨頭本體至前述研 磨布為止的距離，來調(diào)整前述中板與前述橡膠膜的高度方向的位置；前述第二高度調(diào)整機(jī) 構(gòu)，是對應(yīng)利用前述感應(yīng)器所檢出的從前述研磨頭本體至前述研磨布為止的距離，來調(diào)整 前述研磨布與前述導(dǎo)環(huán)的間隙的高度方向的位置。
全文摘要
本發(fā)明是一種研磨頭，其將橡膠膜做成罩狀的構(gòu)造，使橡膠膜的固定在中板上的位置，成為遠(yuǎn)離工件保持部側(cè)的位置，罩狀橡膠膜的末端部做成O形環(huán)狀，并使中板與橡膠膜的接觸面積減少至極限為止，而支持于中板上的構(gòu)造。以此，可提供一種研磨頭及具備此研磨頭的研磨裝置，針對橡膠夾頭方式的研磨頭，可極度地抑制在工件表面上發(fā)生傷痕等的表面缺陷，且可安定且均勻地研磨至工件外周為止。
文檔編號B24B37/30GK101801605SQ200880107130
公開日2010年8月11日 申請日期2008年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者岸田敬實(shí), 桝村壽, 橋本浩昌, 森田幸治, 荒川悟 申請人:信越半導(dǎo)體股份有限公司;不二越機(jī)械工業(yè)株式會社